Pro-Cast как пример специализированного софта.

Хороший пример специализированного софта в очень важной отрасли, такой как литье:

 

  

То есть, решать такого плана задачи можно конечно и мультифизичными программами общего назначения типа Abaqus, Cosmol, ANSYS и даже, допустим, для открытого софта вроде CalculiX или Elmer-FEM такие задачи вполне посильны (эйлерова жидкость, сопряженная термо-механика). Но практически конечно же делать это сложно - в любом случае потребуется специальная подготовка,

одни только физические характеристики расплавов не понятно где брать (это очень дорогие и сложные эксперименты). В данном случае - все в одном флаконе, и конечно же такой софт на соответствующем производстве незаменим.

 Плюс такие вещи, как прогнозирование дефектов и т.д. В точности также для грунтов используется Plaxis и т.д. - узкоспециальный софт, тщательно подогнанный под конкретные технические задачи всегда имеет преимущество над общим.

До кучи про Procast и аналоги ("Полигонсофт", LVMFlow): 

http://www.ruscastings.ru/work/168/2130/2984/6158

http://www.castsoft.ru/Articles/A08.htm

Тут о свободных CAD-ах

Попробую провести некоторый обзор свободных CAD программ.
Сначала список
1) Salome http://www.salome-platform.org/
2) Freecad http://sourceforge.net/projects/free-cad/
3) gcad3d http://www.gcad3d.org/
4) SolveSpace http://solvespace.com/index.pl

Сразу скажу, что работаю я в SolidWorks, и не представляю как можно реально производительно работать в любой из перечисленных открытых программ. Дело совсем не в платности или бесплатности - могу заверить что SolidWorks стоит своих денег, и даже более того - он совсем не дорог в смысле соотношения цена/эффективность. (Поскольку это программа коммерческая, 
то рекламировать ее, не будучи работником, не совсем правильно, к тому же она и без рекламы очень популярна во всем мире).

Но тем не менее, открытые CAD программы представляют определенный интерес и попробую объяснить - какой.
Тут еще также стоит заметить, почему в список выше не включен blender3d
(http://www.blender.org/ ). Это в большей мере профессиональный софт по своему назначению (особенно с последних версий), и служит он конечно же для построения 3d моделей, но это не для инженеров а для арта и форматы геометрии там - сеточные и сплайновые, особой точности в общем случае не предполагают, принципы немного иные, и для инженеров не очень полезны (хотя можете погуглить blendercad, типа тут http://www.cad4arch.com/cadtools/).
Под CADом я буду понимать 3D программы, оперирующие с форматами типа STEP/IGES, в обе стороны (т.е. с сохранением). Важный момент - потому что многие препроцессоры МКЭ программ (в том числе GMSH, NETGEN, CalculiX CGX) - геометрию тоже строят, но ориентированы на построение расчетных сеток, и, хотя могут читать STEP, но обратно его не пишут.

Salome - наиболее мощный (по совокупности возможностей но не по удобству) инженерный пакет, исторический прародитель наиболее мощных коммерческих САПР, типа Catia, в принципе тоже является в большей мере препроцессором, но имеет очень функциональный геометрический модуль, основанный на ядре OpenCascade.
Под Windows существует экспериментальная сборка, не очень удачная,
самый наверно лучший способ опробовать Salome - в составе дистрибутива caelinux. Дает возможность строить параметрические модели, как посредством пользовательского интерфейса (через определение параметров), так и через запись и корректировку пайтон скриптов.При этом при выполнении определенного действия в дереве появляется соответствующая feature, но изменить ее непосредственно из интерфейса - нельзя, нужно перегружать скрипт.
В чем преимущества и недостатки скриптовой паратеризации по сравнению с feature based. Преимущество - в гибкости. Например - у вас есть тело с отверстиями. В скрипте вы можете прописать не только параметры вроде диаметра или привязки, но и поменять количество отверстий и принцип по которому они привязаны к телу. Недостаток в том, что нужно работать с командным скриптом, перезапускать его несколько раз в процессе написания, для того чтобы убедиться, что он работает правильно.
Salome имеет достаточно бедные интерактивные возможности - нельзя практически ничего произвольно начертить на экране, задать изменяемые размеры - все приходится вводить вручную через координаты.
Строить таким образом сложные модели гораздо трудозатратней, чем например в SolidWorks, но для типовых моделей в массовом производстве параметризация очень удобна (можете например построить вал, шестерню, фланец - и так далее и затем генерировать ее автоматом просто поменяв параметры).
Еще одна существенная особенность, важная именно для последующего использования в расчетах - в отличие от программ типа SolidWorks у пользователя есть возможность полностью контролировать отдельные примитивы (типа поверхностей, точек, линий и т.д.), что позволяет во многих случаях подготовить геометрию для нанесения автоматической сетки с определенными свойствами. Это в некотором роде CAD пакет "классического типа", в котором вы полностью контролируете геометрию на элементарном уровне и соответственно можете ей (при наличии опыта) должным образом управлять. Ближайший аналог Salome - это препроцессор классической версии ANSYS.

Free-cad - базируется на том же ядре, что и Salome, и таже имеет скриптовые возможности на том же принципе (python) плюс зачаточные возможности feature-based параметризации. То есть можно выделить любую поверхность существующего тела и нарисовать на ней произвольный эскиз (с параметрическими изменяемыми размерами). Далее, соотвтетственно - сделать вытяжку или рез согласно этого эксиза.
На сегодняшний день (версия 0.13) в эскизной части не поддерживаются сплайны, также хромает экспорт dxf фигур в эскиз (либо невозможно, как в случае сплайнов, либо надо много дорабатывать ручками).
Отдельно от эскизного существует draft модуль - с обычным черчением на плоскости и образмериванием.Отдельно от draft - Drawing модуль, в котором можно создать произвольную проекцию построенного тела на плоскость (правда сохранить в dxf напрямую нельзя, экспорт выполняется через svg формат, который нужно переоткрывать и сохранять в Inkscape)
Сборочный модуль пока находится в стадии тестирования (в бета версии),
тем не менее отдельные функции точной сборки доступны через привязки Draft http://youtu.be/lfinO3EGXeo )
В целом конечно Freecad-у далеко до современного полнофункционального пакета, но для простых вещей он работает не хуже солидворкса, и сохраняет пока преимущества скриптовых возможностей, описанные выше для Salome.
(Совсем ничего не написал про архитектурный модуль - можете погуглить или сами попробовать).
Упор на "массового пользователя" в развитии Free-cad имеет и некоторые недостатки - нарушается unix-way (делай отдельный модуль для определенной цели, но делай его хорошо), программа стремительно растет в размерах при этом переполняясь какими то второстепенными (или даже совсем убогими) фичами, которые к тому же и не работают толком. Но, поскольку программа все таки свободная - ничего не мешает существовать ее кастомным вариантам сборки, которые подчищены от несуществующих функций, сохраняя все преимущества существенных.

Наконец - две последние программы в списке, совсем не большие, написанные одним человеком, gCAD3D - с упором на скрипты (построение поверхностей) и SolveSpace - с упором на интерфейс (в линукс работает через wine), основной их минус в том, что сохраняемые STEP файлы записываются не корректно, и открываются не везде (в отличие от OpenCascade-based программ, в которых эта функция разработана на хорошем уровне).

Зависимость натяжения вант от температуры

Относительное изменение хорды оттяжки ε=ΔL/L связано с напряжением уравнением нити:

где P=p/A, Н/м^3 – поперечная нагрузка, Н/м, отнесенная к площади А, м^2; индекс "0" относится к величинам исходного состояния.
Примем за исходное состояние – состояние при температуре t и обозначим Δt=t-t0. При изменении температуры ствол деформируется на величину α·Δt, что повлечет за собой изменение длины оттяжки на ΔL = α·Δt·(sinβ)^2, где β – угол наклона оттяжки к горизонту. С изменением температуры поперечная нагрузка (собственный вес) не меняется, поэтому можно принять:
P = P0 = γ = g·cosβ /A,
где g – погонный вес, Н/м; А – площадь ванты.
Подставляя указанные величины в уравнение нити и производя преобразования, получаем разрешающее уравнение, позволяющее скорректировать напряжение с учетом изменения температуры:

или

где

Действительный корень уравнения определяется формулой:

Определив из уравнения величину напряжения при заданном перепаде температур определяем как обычно - умножением напряжения на площадь.

Указанная методика рекомендована в книге

Petersen, Chr. (1970): Guyed masts and chimneys, Verlag Ernst & Sohn, Berlin-München-Düsseldorf, Germany.

Ниже приведен код пользовательской функции для OOo Calc

Function otemp(T, T0, N0, A, g, E, L, beta, h)

' Возвращает тяжение стальной оттяжки мачты, тс, при заданной темературе T

'Описание величин

't = Заданная температура

'T0 - Начальная температура (среднегодовая температура воздуха)

'N0 - Начальное тяжение ванты, тс, при температуре T0

'A = Площадь оттяжки, мм2

'g = Погонный вес отттяжки, кгс/м

'E = Модуль Юнга оттяжки, кгс/см2

'L = Длина оттяжки, м

'beta = Угол наклона оттяжки к горизонту в градусах

'h = Высота ствола под оттяжкой

'Переобозначение переменных и перевод всех величин в систему кгс, см, рад.

N0=N0*1000

A=A/100

g=g/100

L=L*100

beta = beta*3.1416/180

h=h*100

alpha = 0.000012
Gamma = g * Cos(beta) / A

Delta = t - T0

s0 = N0 / A

C = Gamma ^ 2 * L ^ 2 * E / (24 * s0 ^ 3)

B = (1 - C - alpha * Delta * E * (1 - (h / L) * Sin(beta)) / s0)
z = 1 / 6 * (108 * C + 8 * B ^ 3 + 12 * Sqr(81 * C ^ 2 + 12 * C * B ^ 3)) ^ (1 / 3) + 2 / 3 * B ^ 2 / ((108 * C + 8 * B ^ 3 + 12 * Sqr(81 * C ^ 2 + 12 * C * B ^ 3)) ^ (1 / 3)) + 1 / 3 * B
'Искомое усилия тяжения в тс

N = z * s0 * A / 1000
otemp = N
End Function

Пример использования функции:

Maxima - определение напряжений в основании

Maxima и СНиП Нагрузки и Воздействия

Коэффициент динамичности при учете пульсационной составляющей (см. черт.2 СНиП 2.01.07-85*), вообще говоря, вычисляется по следующей зависимости (читайте теорию Барштейна - кстати оригинальный метод расчета на ветровую нагрузку):

Внизу иллюстрации, как вы поняли, приведена таблица значений и графики для трех основных значений логдекремента (0.05- при расчетах на резонанс, 0,15 - расч. ветер - металл, 0,3 - ж/б).
Интеграл неэлементарный, вычисляется в Maxima численно. Демонстрирую, как:

Немного о математической оптимизации в инженерном деле...

Когда занимаешься деланием чего то, и имея некоторые исходные данные создаешь определенный продукт, рано или поздно встает вопрос об оптимизации. Вопрос об оптимизации очень неоднозначный.
Есть некоторые основные положения, которые можно сформулировать.
1) Математическая оптимизация как правило не нужна. Некоторые расчетные программы тем не менее имеют соответствующий модуль и ценят его высоко (чуть ли ни следующий уровень по цене). Почему это не нужно? Ну вот например я делаю вырезы в швеллере, чтобы облегчить вес. Простейшая, сравнительно легко решаемая задача для ANSYS. Но тут есть два момента - во первых оптимальное решение от исходного (типа нарисуй  те дыры навскидку) отличается процентов на 10-15. Это вообще типичная величина выгоды для математической оптимизации по сравнению со стандартным решением. Во вторых чтобы сэкономить этот десяток килограмм придется потратить цену раз в 10 большую чтобы просто вырезать их аккуратно.Таким образом подобная оптимизация если где то и нужна - то только в массовом производстве. Да и в массовом - в большинстве случаев имеет значение унификация, стандартизация, использование роботов в производстве и сокращение затрат на монтаж - то есть формальный оптимум по весу как правило очень далеко.
2) что оптимизировать - вес или деньги? Конечно как бы деньги и имеет смысл оптимизировать. Но деньги складываются из затрат труда и стоимости материалов. Затраты труда на практике пронормировать очень сложно. Можно только укрупненно и приблизительно.
3) критериев оптимизации как правило много. Потому что любой дизайн - нечеткое множество состояний. Так например оптимально, но неудобно по конструктивным соображением. Или например, нечто - уменьшает вес, но понижает живучесть в целом, если что то случиться.То есть не просто критериев много - но и формализовать их тоже сложно. Наконец даже чисто математически - оптимальная конструкция такова, что в ней напряжения распределены равномерно. То есть уже любой участок являясь напряженным - становится потенциальным слабым звеном - достаточно отклонения или дефекта в каком то одном месте, чтобы получить возможную проблему.
Я будучи студентом довольно много научных трудов и теорий читал по оптимизации, и насколько могу понимать - для научного работника это идеальный тип проблемы, которую можно решить. И вроде бы - практическая значимость обеспечивается по определению. Но к сожалению - все это не так, и если даже оптимизация чего либо и происходит - то научные труды нужны как раз меньше всего.
4) Говоря об оптимизации невозможно не отметить так называемую топологическую оптимизацию. То есть когда берется бесформенный кусок материала, прикладывается нагрузка и алгоритм, шаг за шагом просчитывая конструкцию, удаляет материал из слабонапряженных мест.
Такой вид оптимизации реализован в ANSYS Design Space, для плоских случаев можно использовать открытую (гениальную по простоте) программу
http://forcepad.sourceforge.net/
Опять же с практической точки зрения это в большинстве случаев бесполезно, потому что формообразование в индустрии (кроме может быть литья, да и то с большими оговорками) не таково, что взял и слепил что хочешь.

Об офисах

Говоря о разных офисах, на первое место конечно ставят Майкрософт Офис.
Вообще его старые версии мне очень нравятся. Я постоянно порываюсь купить, но увы - он по большому счету мне просто не нужен и даже даром.
Новые версии - слишком избыточно. То есть далеко до профессиональной системы, но слишком сложно для программы набора текста с картинками и таблицами.
Семейство открытых офисов - да, начиная со второй версии в них стало можно работать (особенно если пользоваться родным форматом). Да и сейчас их целых два и тоже неплохи сами по себе.
Есть еще такая легкая и минималистичная штука как Abi.
Инженеру нужно что то с рамками - конечно тут как минимум Опен Офис.
Наконец - Google Docs - тоже прекрасно и минималистично. Для студента например - лучше не придумаешь. Формулы набираются, таблицы вставляются, символы все под рукой.

Самый большой секрет офиса - в том что он, по большому счету перестал быть нужен. Ну вот если бы не делал я расчетов в табличных в редакторах, в основном в Calc, то пожалуй бы и не открывал офисные программы вообще. Может быть он и никогда особенно не был нужен, разве, что открыть и прочесть документы в определенном формате (а для этого всегда были бесплатные вьюверы) .
Сейчас вообще преобладает упор на профессиональный софт в большей мере, чем на какой то Офис, и  разработчикам  куда проще заменить его функции или просто свой редактор написать из стандартных компонентов.